《Next Nanotechnology》：Green synthesis of AgNPs–gum rosin–acrylamide nanocomposites using Azadirachta indica extract for adsorption-based dye removal and soil water retention towards SDG6
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银纳米颗粒（AgNPs）由印楝（Azadirachta indica）叶片提取物制备，并被引入松香和丙烯酰胺体系中以获得农业或环境应用型纳米复合材料。研究结果表明，X射线衍射（XRD）分析及透射电子显微镜（TEM）证实了所制备AgNPs的结晶特性，其平均粒径约
银纳米颗粒（AgNPs）由印楝（Azadirachta indica）叶片提取物制备，并被引入松香和丙烯酰胺体系中以获得农业或环境应用型纳米复合材料。研究结果表明，X射线衍射（XRD）分析及透射电子显微镜（TEM）证实了所制备AgNPs的结晶特性，其平均粒径约为23 nm，呈球形貌。所合成的纳米复合材料在优化条件下展现出超过90%的孔雀石绿（MG）染料吸附去除率。当添加2.0 g纳米复合材料后，黏壤土和砂壤土的持水能力均有所提升：黏壤土由0.107 g/g升至0.14 g/g，砂壤土则由0.1 g/g增至0.2 g/g（25天评估期）。热分析表明，该纳米复合材料具有改善的热稳定性，通过热重分析（TGA）测得其于367.6 °C时质量损失低于33.4%。研究结果表明，采用绿色化学方法合成的AgNPs纳米复合材料在废水处理、微生物抑制及土壤水分管理方面具有应用潜力，符合SDG 6（清洁饮水和卫生设施）的目标。所开发的生物可降解纳米复合材料通过同时实现高效的吸附脱色和增强的土壤保水能力而表现出多功能特性。
该研究源于对环境友好型纳米材料制备及多功能环境修复材料发展的迫切需求。传统化学合成纳米颗粒的方法存在环境污染风险，而植物提取物含有天然的生物活性化合物，可同时作为还原剂和稳定剂用于银纳米颗粒（AgNPs）的绿色合成，因而备受关注。当前，水污染问题日益严峻，有机染料（如广泛应用于皮革、造纸和纺织工业的孔雀石绿）的排放对水生生态系统及人类健康构成严重威胁，可导致癌症、器官功能障碍等多种疾病。同时，世界卫生组织指出，微生物污染引发的霍乱、伤寒等水源性疾病依然严峻。现有水处理技术如膜过滤、电化学法、光降解等存在化学投入大、成本高、pH敏感等局限，而吸附法则因其经济高效而备受青睐。将AgNPs引入吸附系统可增强抗菌功能及表面相互作用优势。此外，农业水资源管理同样是全球面临的挑战，开发兼具废水处理与土壤保水功能的材料具有重要意义。
尽管已有研究报道了绿色合成AgNPs及水凝胶基吸附剂，但能够同时解决废水处理和土壤水分管理的多功能生物可降解纳米复合材料仍鲜有关注。松香–丙烯酰胺水凝胶作为生物可降解基质，可提供结构支撑、溶胀能力及可接触的吸附位点。多数已报道的AgNPs体系依赖合成稳定剂、昂贵制备方法或非生物降解聚合物基质，将天然来源的松香与绿色合成AgNPs整合用于联合染料吸附和土壤保水的研究仍十分匮乏。基于此，本研究旨在开发一种以印楝叶提取物为天然还原剂和稳定剂制备的生物可降解AgNPs–松香–丙烯酰胺纳米复合材料，用于环境修复和农业水资源管理。该研究假设绿色合成的AgNPs–松香–丙烯酰胺纳米复合材料可作为多功能生物可降解材料，同时改善吸附脱色性能和土壤保水行为，为可持续环境管理提供新途径。此项研究发表于《Next Nanotechnology》杂志。
研究中采用的主要关键技术方法包括：利用印楝（Azadirachta indica）叶片提取物进行AgNPs的绿色合成；通过自由基聚合制备松香–丙烯酰胺水凝胶基质并将AgNPs掺入其中形成纳米复合材料；采用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）进行形貌表征；运用X射线衍射（XRD）分析晶体结构；利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）识别官能团；通过热重分析/差热分析（TGA/DTA）评估热稳定性；开展溶胀行为研究；进行批量吸附实验以孔雀石绿（MG）为模型污染物，结合Langmuir和Freundlich等温模型、伪一级和伪二级动力学模型及Van't Hoff热力学分析探究吸附特性；设置黏壤土和砂壤土的水分保持实验评估土壤保水性能。
TEM分析结果与讨论：TEM图像显示合成AgNPs主要为球形，粒径分布范围为17–26 nm，平均粒径约23 nm，纳米颗粒周围存在由印楝叶提取物植物化学成分形成的薄有机层，表明植物提取物的天然生物分子在纳米颗粒形成过程中发挥了还原和稳定作用。
FTIR研究结果：AgNPs样品在777 cm
?1（邻二取代苯C–H振动）、1012 cm
?1（饱和伯醇C–O伸缩）、1279 cm
?1（芳醚C–O伸缩）、1540 cm?1（芳基醚C–O）、2119 cm?1（芳环结构）及2700–3300 cm?1（端炔及羟基O–H）处出现特征吸收峰。松香FTIR光谱在2921.63 cm?1处显示羧酸–OH伸缩特征峰，1689.45 cm?1处为C=O伸缩，1381.81 cm?1处为C–O伸缩；衍生化松香在3201.45 cm?1处出现醇类O–H宽峰，1689.45 cm?1峰消失，1185.45 cm?1处出现新峰，表明松香转化为醇类官能团、酸性降低。纳米复合材料FTIR光谱在~3200 cm?1处显示酰胺N–H伸缩，~1650–1700 cm?1处为酰胺CO振动，~1400–1425 cm?1处为C–C伸缩，~450–465 cm?1处证实AgNPs嵌入聚合物基质。
SEM-EDX分析结果：SEM显示AgNPs为球形；松香表面光滑、层状结构清晰，衍生化松香因还原过程形成粗糙表面和结晶形态；纳米复合材料表面粗糙、多孔褶皱，有利于染料固定。EDX分析证实纳米复合材料中存在Ag元素（0.01 wt%），研究人员提出吸附性能源于水凝胶基质与AgNPs的协同贡献，但指出需进一步通过ICP技术准确定量Ag负载以区分各组分贡献。
XRD研究结果：AgNPs在2θ = 38.17°、44.31°、64.44°、77.34°和81.33°处出现对应（111）、（200）、（220）和（311）晶面的衍射峰，与JCPDS标准卡片#04-0783一致，证实其面心立方晶体结构。通过Debye-Scherrer方程计算纳米晶平均尺寸。松香呈无定形结构（15.66°处宽衍射峰），而还原后松香醇在28.03°处出现尖锐衍射峰，表明转变为结晶结构。纳米复合材料的XRD图谱显示AgNPs掺入使水凝胶晶体结构转变为半结晶或无定形态。
TGA/DTA分析结果：热分析显示纳米复合材料存在两阶段分解，初始分解温度为124.5–367.6 °C，质量损失33.4%；第二阶段367.6–750.4 °C，质量损失51.5%。与松香（初始分解237–343.3 °C，质量损失60.3%）相比，纳米复合材料表现出更优的热稳定性，这可归因于聚（丙烯酰胺）（poly-AAm）链与还原松香接枝过程中形成的共价键。DTA结果进一步证实了TGA结论，DTG显示复合材料失重速率最低。
土壤保水能力研究结果：在25天评估期内，添加2.0 g纳米复合材料的黏壤土持水量从0.107 g/g增至0.14 g/g，砂壤土从0.1 g/g增至0.2 g/g。对照样品在13天内残留水分分别降至≤0.107 g/g（黏壤土）和0.097–0.100 g/g（砂壤土），而添加纳米复合材料样品可将干燥时间延长至23–25天，表明水凝胶持续存在可增强土壤保水能力、降低水分蒸发速率。然而，该研究限于实验室规模短期评估，长期田间研究、土壤微生物群调查及与商用保水剂的对比分析有待开展。
土壤吸水能力研究结果：添加溶胀水凝胶的土壤含水量高于无添加组。≤1%的少量添加即可增加黏壤土和砂壤土含水量，分别在36 h和44 h后达到稳态。1.0%纳米复合材料使砂壤土含水量增加4.49%，黏壤土增加6.4%。研究人员指出纳米复合材料可改善土壤质地和孔隙度，基于天然多糖骨架的材料可生物降解为CO2、H2O和腐殖质而不损害土壤肥力，但大规模应用前需进行详细环境和土壤健康评估。
MG吸附影响因素研究：初始染料浓度从10 mg/L增至50 mg/L时，吸附率随浓度升高而下降（82%），因活性位点竞争及传质驱动力降低所致。吸附剂剂量为0.25 g时达到最大吸附率约91%，过量添加因颗粒聚集、有效表面积减少反而不利。pH影响研究表明，中性条件（pH 7）吸附效率最高（约91%），低pH时H+使吸附剂质子化、降低吸附效率。接触时间研究表明，约60 min达到吸附平衡，初期速率快因大量活性位点可用，随后因位点占据和分子间排斥而减缓。研究人员提出吸附机制可能涉及：染料分子向多孔水凝胶网络扩散、与松香–丙烯酰胺基质官能团相互作用、以及AgNPs的可能贡献，但因缺乏zeta电位、BET比表面积、pHPZC等详细机理研究，该机制为合理推测而非确定性结论。土壤保水机制则源于亲水聚合物网络的溶胀吸水及后续缓慢释放。
吸附等温线研究结果：Langmuir和Freundlich模型拟合表明，Langmuir模型具有更高R2值和更低RMSE值，拟合更优，表明主要为单分子层吸附，计算最大吸附容量为288 K时344.82 mg/g。热力学分析显示ΔG°为负值（?26.20至?25.53 kJ/mol），表明吸附自发可行；ΔH°为负（?30.83 kJ/mol），表明放热过程；ΔS°为负（?15.33 J/mol·K），表明固液界面随机性降低，MG分子在吸附剂表面被固定。
吸附动力学研究结果：伪二级动力学模型具有更高R2值（0.999）和更低 arrears RMSE（0.010），优于伪一级模型，表明表面相关相互作用可能对吸附过程有贡献，但需额外机理研究确认。
讨论部分与结论翻译：该研究成功以印楝（Azadirachta indica）叶提取物为天然还原剂和稳定剂合成了银纳米颗粒（AgNPs），并将其掺入松香–丙烯酰胺水凝胶纳米复合材料中。XRD、TEM、FTIR、SEM-EDX和TGA/DTA等表征研究证实了结晶AgNPs的成功形成及其在聚合物基质中的有效掺入。TEM分析揭示纳米颗粒主要为球形，粒径范围17–26 nm，平均尺寸约23 nm。所开发的纳米复合材料还表现出改善的热稳定性和结构完整性，支持其在环境和农业应用中的潜在适用性。
吸附研究表明，合成纳米复合材料对孔雀石绿染料具有高去除效率。鉴于EDX分析观察到相对较低的Ag负载量，吸附性能可能由水凝胶基质和嵌入AgNPs的共同贡献所主导。吸附行为更符合Langmuir等温模型和伪二级动力学模型。此外，纳米复合材料在黏壤土和砂壤土中均显示出有前景的土壤保水能力，将保水持续时间从约13天延长至近25天。总体而言，所开发的生物可降解纳米复合材料在废水处理和可持续农业水资源管理方面显示出应用潜力。
该研究的优势在于采用"绿色"方法（印楝叶提取物）生产AgNPs，以及开发了一种由天然可再生材料制备的多功能生物可降解松香–丙烯酰胺水凝胶纳米复合材料。局限性在于未进行详细的毒性分析、Ag浸出研究、BET比表面积测量、zeta电位分析、pHPZC测定、吸附前后FTIR分析以及长期田间土壤评估，且并非所有实验都进行了重复测量和误差棒分析的全面统计评价。此外，生态毒性、细胞毒性、生物降解动力学和长期土壤效应也未被评估。该研究为联合国可持续发展目标6（清洁饮水和卫生设施）做出贡献，开发的生物可降解材料能够进行废水修复和改善水资源管理。未来研究需集中于提高材料性能和环境可持续性，包括开展全面的环境安全和毒性评估、银浸出和长期耐久性研究、再生和再利用评价，以及采用BET、zeta电位、pHPZC等先进机理研究方法，并进行土壤微生物评估和大规模田间试验以验证农艺效果。
